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Dokumentenidentifikation DE19705421C1 20.05.1998
Titel Verfahren zur Entgiftung von Abgasen einer Kolbenbrennkraftmaschine
Anmelder Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Boll, Wolf, Dr.-Ing., 71384 Weinstadt, DE
DE-Anmeldedatum 13.02.1997
DE-Aktenzeichen 19705421
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.05.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.05.1998
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F01N 3/08   
Zusammenfassung Den Zylindern einer Kolbenbrennkraftmaschine wird jeweils durch eine Einlaßleitung Frischgas in einem von einer einstellbaren Drosselklappe gesteuerten Massenstrom zugeführt und Abgas jeweils durch eine Auslaßleitung abgeführt, wobei der Abgasstrom vor dem Ausstoß in die Umwelt durch einen Katalysator geleitet wird.
Um die Abgase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine zu entgiften, ist vorgesehen, daß beim Abschalten der Brennkraftmaschine die Drosselklappe vollständig geöffnet wird. Der Nachlauf der Brennkraftmaschine saugt durch die von der Drosselklappe freigegebenen Einlaßleitungen weiterhin Frischluft an, welche die zu entgiftenden Abgase durch den Katalysator drängen.
Nach dem Stillstand der Kurbelwelle schließt die elektronische Motorsteuerung die Drosselklappe, um den Stand-by-Zustand der Kolbenbrennkraftmaschine herbeizuführen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgiftung von Abgasen einer Kolbenbrennkraftmaschine.

Den Zylindern einer Kolbenbrennkraftmaschine wird jeweils über eine Einlaßleitung Frischgas in einem Massenstrom zugeführt, welcher von einer einstellbaren Drosselklappe gesteuert ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Frischluft mit jeweils einer Zündung zugemessener Kraftstoffmenge zu einem Frischgas gemischt und in den Zylindern verbrannt. Die Drosselklappe steuert mit ihrem Anstellwinkel den Frischgas-Massenstrom und damit die Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine. Die Leistungsanforderung erfolgt üblicherweise durch einen verstellbaren Signalgeber, zum Beispiel ein Gaspedal, wobei die Drosselklappe zur Leistungserhöhung gegen eine Rückstellkraft bewegt wird. Bei einer Rücknahme der Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine schließt die Drosselklappe zunehmend und verringert den Frischgas-Massenstrom bis zu einer völligen Sperrung im Stillstand.

Das Abgas der Zylinder wird jeweils über eine Auslaßöffnung abgeführt und vor dem Ausstoß in die Umwelt durch einen Katalysator geleitet, welcher die Schadstofffracht das Abgasstromes entfernt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch die fortlaufende Abgasproduktion der Zylinder ein Druck erzeugt, welcher den Abgasstrom durch den Katalysator zwingt.

Beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine wird üblicherweise die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und die Zündung ausgeschaltet, so daß die Kolben in den Zylindern nicht mehr getrieben werden und die Brennkraftmaschine rasch zum Stillstand kommt. Somit verbleiben die Abgase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder vor dem Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine in den Brennräumen der Zylinder bzw. in dem stromauf des Katalysators liegenden Teil des Abgassystems. Diese Abgase können ungereinigt aus der Kolbenbrennkraftmaschine während des Stillstandes entweichen, ebenso wie gegebenenfalls nach dem letzten Verbrennungstakt verbleibende Kraftstoffreste. Auch eine Entgiftung durch den Katalysator bei Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine ist nicht möglich. Der Katalysator ist in der Zwischenzeit so weit abgekühlt, daß die Abgase ungereinigt durchströmen und in die Umwelt entlassen werden.

Die ältere, nicht vorveröffentlichte DE 196 08 060 C1 schlägt ein Verfahren zur Verhinderung von Stillstandskorrosion in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen vor, bei dem nach jedem Abstellen des Motors mittels Luft die Rauchgase aus der Abgasanlage ausgespült werden. Die Spülluft wird von einem Gebläse bereitgestellt, welches Umgebungsluft fördert, oder einem Druckluftspeicher entnommen und über einen Stutzen in die Abgasleitung geleitet. Eine Absperrarmatur schließt im Betrieb des Motors die Verbindung zwischen Abgasanlage und Luftzuführung. Die Einrichtungen zur Bereitstellung der Spülluft brauchen Bauraum, der insbesondere bei Kraftfahrzeugen knapp ist und sind darüber hinaus Energieverbraucher, die ein Zeitrelais zur Abschaltung nach kurzer Zeit und somit weiteren baulichen Aufwand erfordern. Eine vollständige Ausspülung der Abgase nach dem Abstellen des Motors ist nicht möglich, da selbst bei einer Anordnung des Stutzens kurz hinter der Abgassammelleitung des Motors noch schädliche Abgasvolumina in den Zylindern verbleiben, die ungehindert in die Umwelt entweichen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Entgiftung von Abgasen der vor dem Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine letzten befeuerten Arbeitsspiele zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Das vollständige öffnen der Drosselklappe beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine bewirkt eine Spülung der Zylinder und Auslaßleitungen mit Frischluft. Das Trägheitsmoment des mit der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine umlaufenden Schwungrades gestattet beim Abschalten einen Nachlauf von einigen Umdrehungen der Kurbelwelle, in denen die mit laufenden Kolben in den Zylindern Frischluft durch die geöffneten Einlaßleitungen ansaugen und in die Auslaßleitungen pumpen. Die nachgepumpte Frischluft drückt dabei die schadstoffhaltigen Abgase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder und gegebenenfalls unverbrannte Kraftstoffreste der unmittelbar nach Abstellen der Brennkraftmaschine folgenden ungezündeten Arbeitsspiele zur Entgiftung durch den Katalysator.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt in schematischer Darstellung eine Kolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2. Jedem Zylinder 2 ist über eine Einlaßleitung 3 Frischluft zuführbar, welche mit Kraftstoff einer nicht dargestellten Kraftstoff-Zumeßvorrichtung gemischt wird und in den Zylindern 2 zum Antrieb der darin befindlichen Kolben verbrannt wird. Die Einlaßleitungen 3 aller Zylinder 2 werden von einem gemeinsamen Saugrohr 4 gespeist, wobei der Frischluft-Massenstrom von dem Anstellwinkel einer in dem Saugrohr 4 verstellbar angeordneten Drosselklappe 5 gesteuert ist.

Der Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 zur Abführung der Abgase aus den Zylindern 2 besteht aus einer Auslaßleitung 6 pro Zylinder 2, welche zu einem gemeinsamen Abgasrohr 7 verbunden sind. In dem Abgasrohr 7 ist ein Katalysator 8 angeordnet, durch den die im Abgasrohr 7 gesammelten Abgase der Zylinder 2 geleitet werden. Nach der Konvertierung der Schadstoffe im Katalysator 8 wird der Abgasstrom 19 aus dem Abgasrohr 7 in die Umwelt ausgestoßen.

Die Drosselklappe 5 im Saugrohr 4 wird elektromotorisch von einem Drosselklappensteller 11 einer elektronischen Motorleistungssteuerung EMS 10 gesteuert. Die EMS 10 steuert den Drosselklappensteller 11 und damit die Drosselklappe 5 unter Zugrundelegung der Lastanforderung an die Kolbenbrennkraftmaschine 1, welche durch eine entsprechende Stellung eines Gaspedals 13 anforderbar ist. Ein nicht dargestellter Pedalwegsensor übermittelt dabei der EMS 10 durch Signalübertragung die jeweilige Stellung des Gaspedals 13 und damit die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 1.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe 5 der Massenstrom des Frischgases und damit die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 1 erhöht. Mit abnehmender Lastanforderung wird die Drosselklappe 5 zunehmend geschlossen und schließt üblicherweise im Stillstand der Brennkraftmaschine 1 das Saugrohr 4 völlig ab. Um beim Abschalten der Brennkraftmaschine 1 die Abgase der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder zu entgiften, öffnet die EMS 10 über den Drosselklappensteller 11 die Drosselklappe 5 vollständig. Das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dabei durch eine Betätigung eines Zündschlosses 12, wobei der EMS 10 ein Betätigungssignal 17 des Zündschlosses 12 zugeführt wird und der Vorgang der Öffnung der Drosselklappe 5 in die Wege geleitet wird. Mit der Restenergie des Schwungrades 9 dreht die Kurbelwelle 16 der Brennkraftmaschine 1 nach dem Abschalten noch einige Umdrehungen weiter, wobei die Kolben in den Zylindern 2 Frischluft durch das geöffnete Saugrohr in die Auslaßleitungen 6 pumpen. Dabei werden die in den Zylindern 2 und in den Auslaßleitungen 6 befindlichen Abgase durch das Abgasrohr 7 in Richtung des Katalysators 8 gedrängt. Die ungehinderte Luftdurchströmung infolge der geöffneten Drosselklappe 5 mindert gleichzeitig die Abbremsung der Kurbelwelle 16, so daß die Pumpleistung der Kolben in den Zylindern 2 nach dem Ausschalten der Kolbenbrennkraftmaschine 1 und damit die Spülluftmenge erhöht ist. Der Umdrehungswinkel der Kurbelwelle 16 im Nachlauf nach dem Ausschalten der Zündung wird weiterhin dadurch erhöht, daß Nebenaggregate 15, welche von der Kurbelwelle 16 angetrieben werden und somit die Kurbelwelle 16 bremsen, abgekuppelt werden. Das Abkuppeln der Nebenaggregate 15, wie zum Beispiel eine Lichtmaschine, kann durch die EMS 10 erfolgen, welche ohnehin verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 steuert und daher über die zur Abkopplung der Nebenaggregate 15 notwendigen Steuereinrichtungen verfügt.

Ein Nachlaufsteuergerät 14 erhöht nach Zuführung des Betätigungssignals 17 des Zündschlosses 12 zur Anzeige des Abschaltens der Kolbenbrennkraftmaschine 1 kurzfristig die Drehzahl der Kurbelwelle 16 mit einer Nachlaufautomatik. Durch die höhere Drehzahl dreht die Kurbelwelle 16, angetrieben durch die Restenergie des Schwungrades 9 den angesaugten Frischluft-Massenstrom 18 zur Spülung der abgasführenden Bauteile.

Durch das Nachlaufsteuergerät 14 kann auch die Abkopplung der Nebenaggregate 15 erfolgen. Durch den erhöhten Nachlauf der Kurbelwelle 16 nach dem Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine 1 wird eine genügend große Frischluftmenge angesaugt, welche die nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 1 die in den Zylindern 2, den Auslaßleitungen 6 und dem Abgasrohr 7 stromauf des Katalysators 8 verbleibenden Abgase übersteigt. Der Frischluft-Massenstrom 18 drängt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 1 die Restabgase vollständig durch den Katalysator 8, so daß ein von Schadstoffen befreiter Abgasstrom 19 aus dem Abgasrohr 7 stromab des Katalysators in die Umwelt entlassen wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Entgiftung von Abgasen einer Kolbenbrennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinder (2), denen jeweils durch eine Einlaßleitung (3) Frischgas in einem von einer stellbaren Drosselklappe (5) gesteuerten Massenstrom zugeführt wird und Abgas durch eine Auslaßleitung (6) abgeführt und vor dem Ausstoß in die Umwelt durch einen Katalysator (8) geleitet wird, wobei beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine (1) die Drosselklappe (5) geöffnet wird, wodurch die vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine (1) während der letzten befeuerten Arbeitsspiele der Zylinder (2) erzeugten Abgase aus der Abgasanlage mittels Frischluft ausgestoßen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (5) von einem Drosselklappensteller (11) einer elektronischen Motorleistungssteuerung (10) der Kolbenbrennkraftmaschine (1) elektromotorisch betätigt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine (1) betätigtes Zündschloß (12) der elektronischen Motorleistungssteuerung (10) ein Betätigungssignal (17) zuleitet.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Öffnen der Drosselklappe (5) die Last mindestens eines von einer Kurbelwelle (16) der Kolbenbrennkraftmaschine (1) getriebenen Nebenaggregates (15) von der Kurbelwelle (16) abgekoppelt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachlaufsteuergerät (14) beim Abschalten der Kolbenbrennkraftmaschine (1) die Drehzahl der Kurbelwelle (16) erhöht.






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